Cation-induced Ti3C2Tx MXene@melamine sponge aerogels with large layer spacing and high strength for high-performance supercapacitors

超级电容器 气凝胶 电容 材料科学 三聚氰胺 化学工程 电极 比表面积 图层(电子) 纳米技术 复合材料 化学 有机化学 催化作用 物理化学 工程类
作者
Debin Cai,Shuai Wu,Zhen Tian,Li Guo,Yanzhong Wang
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:665: 232-239 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.03.135
摘要

The self-assembled aerogels are considered as an efficient strategy to address the aggregation and restacking of Ti3C2Tx MXene nanosheets for high-performance supercapacitors. However, the low mechanical strength of the MXene aerogel results in the structural collapse of the self-standing supercapacitor electrode materials. Herein, a low-cost melamine sponge (MS) absorbed different cations (H+, K+, Mg2+, Fe2+, Co2+, Ni2+ and Al3+), serves as a carrier and crosslinker for loading MXene hydrogel induced by the absorbed cations on the skeleton surface and the pores of MS, resulting in the high loading mass MXene aerogels with high mechanical strength. The experimental results show that the Mg-Ti3C2Tx@MS aerogel exhibits the maximum area capacitance of 702.22 mF cm-2 at 3 mA cm-2, and the area capacitance is still 603.12 mF cm-2 even at 100 mA cm-2, indicating the high rate capability with a capacitance retention of 85.89 %. It is worth noting that the constructed asymmetric supercapacitor with activated carbon achieves high energy densities of 104.53 μWh cm-2 and 93.87 μWh cm-2 at 800 μW cm-2 and 7999 μW cm-2, respectively. Furthermore, the asymmetric supercapacitor shows the high cycling stability with 90.2 % capacity retention after 10,000 cycles. This work provides a feasible strategy to prepare Ti3C2Tx MXene aerogels with large layer spacing and high strength for high-performance supercapacitors.
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